UPS の力率: 0.8 vs 0.9 vs 1.0、kVA と kW の説明
UPS の力率: kVA と kW における 0.8、0.9、1.0 の意味
数か月前、お客様から、サーバー ルームの 100 kVA UPS が過負荷を報告し続け、時折バイパスに移行する理由を尋ねられました。
接続されている負荷は 80 kW を少し超える程度だったので、UPS は十分大きいはずだと彼は考えました。
私たちは彼に銘板を確認するように頼んだ。
100kVA/80kW
これで問題のほとんどが説明されました。
UPS の定格は 100 kVA でしたが、有効電力定格はわずか 80 kW でした。すでに 80 kW を超える電力が接続されており、システムは定格 kW 制限以上で動作していました。負荷のわずかな増加や短い電力スパイクだけで、過負荷状態を引き起こすのに十分な場合があります。
これは UPS の選択でよくある間違いです。
人々は 100 kVA または 120 kVA という数字を覚えていますが、その隣に印刷されている kW 定格を見落とすことがよくあります。
UPS のサイジングでは、両方が重要です。
さまざまな力率を分離することから始めます
UPS データシートには、いくつかの力率値がリストされている場合があります。
- 入力力率
- 定格出力力率
- 負荷力率
これらは関連していますが、同じことを説明しているわけではありません。
入力力率は主に上流の電力の問題です
入力力率は、商用電源または発電機から UPS によって引き出される有効電力と皮相電力との関係を表します。
IGBT 整流器またはアクティブ PFC を使用する最新のダブルコンバージョン UPS システムは、指定された動作条件下で 1 に近い入力力率を達成でき、古い整流器設計よりもはるかに低い電流歪みを実現できます。
これはサイズを決定するときに重要です。
- 入力ケーブル
- 上流ブレーカー
- トランスフォーマー
- ディーゼル発電機
上流の電気設計では、UPS 定格 kVA だけでは十分ではありません。
通常、より役立つ図は次のとおりです。
最大入力電流
UPS 入力は、接続された負荷、変換損失、そして多くの場合、バッテリの充電を同時に供給する必要があります。
これは、より大きなバッテリバンクとより高い充電電流を備えた長時間実行システムではより重要になります。
ケーブルとブレーカーのサイジングについては、通常、UPS の出力 kVA 定格のみに基づく単純な計算よりも、メーカーが指定した最大入力電流の方がより適切な参考値となります。
0.8、0.9、1.0 は何を意味しますか?
UPS の出力力率が 0.8、0.9、または 1.0 であると説明される場合、これは通常、その定格 kW と定格 kVA の関係を指します。
簡単な読み方は次のとおりです。
定格出力PF = 定格kW ÷ 定格kVA
| UPSの定格 | 定格有効電力 | 定格出力PF |
|---|---|---|
| 100kVA | 80kW | 0.8 |
| 100kVA | 90kW | 0.9 |
| 100kVA | 100kW | 1.0 |
したがって、サプライヤーが次のように言うとします。
100kVAのUPSです。
まだ重要な質問が 1 つあります。
定格は何kWですか?
100 kVA / 80 kW UPS と 100 kVA / 100 kW UPS は同じ kVA 定格を持っていますが、有効電力容量は大きく異なります。
これは現在でも見られます高周波UPS設計では、定格 kW/kVA 比は製品カテゴリのみではなく、特定のモデルに依存します。
低周波 UPS は常に PF 0.8 を意味しますか?
いいえ。
古い変圧器ベースのシステムの多くは次のように評価されていました。
100kVA/80kW
その後、多くのトランスレス高周波システムは次のような場所に移行しました。
100kVA/90kW
そして今日では、100 kVA / 100 kW の設計がますます一般的になってきています。
その歴史がショートカットを作成しました。
低周波UPS = 0.8
高周波UPS = 0.9
モジュラー UPS = 1.0
信頼できるルールではありません。
実際の有効電力定格は、インバーターの設計、半導体の電流能力、熱設計、およびメーカーの定格方法によって異なります。
出力絶縁変圧器は自動的に UPS PF 0.8 を作成しません。トランスレスまたはモジュラー設計も、自動的に PF 1.0 になるわけではありません。
比較する場合低周波UPS、高周波システムおよびモジュラーUPS、最も安全なアプローチはやはりデータシートで定格 kVA と定格 kW を確認することです。
2 つの主要な UPS トポロジのより広範な比較については、ガイドを参照してください。低周波 UPS と高周波 UPS の比較。
負荷にも独自の力率があります
UPS には kW と kVA の制限があります。
負荷には独自の kW、kVA、力率もあります。
実際の負荷が次のようになっていると仮定します。
PF 0.95で80kW
皮相電力は次のとおりです。
80 ÷ 0.95 ≒ 84.2 kVA
したがって、負荷は次のものを使用しています。
- 有効電力80kW
- 皮相電力約84.2kVA
次に、その負荷を 100 kVA / 80 kW UPS に接続します。
負荷はおよそ次のとおりです。
- kW: 100%
- kVA: 84%
UPS は kVA を使い切っていません。
kW を使い果たしました。
100 kVA / 100 kW UPS に同じ負荷をかけると、数値は次のようになります。
- kW: 80%
- kVA: 84%
どちらも UPS の定格内にあります。
このため、UPS のサイジングは kW または kVA のみに基づいて決定すべきではありません。
負荷は両方の制限内に収まる必要があります。
どちらが先に到達しても制約となります。
完全なサイズ設定プロセスについては、ガイドを参照してください。産業用または医療用 UPS のサイズと選択方法。
PF 1.0 は、100 kW の負荷を接続できるという意味ではありません
これもよくある誤解です。
UPS が評価されている場合:
100kVA/100kW
100 kW 未満のすべての負荷が自動的に受け入れられるという意味ではありません。
80kWの負荷を想定します。
PF1.0の場合：
80kW = 80kVA
PF 0.8の場合:
80 ÷ 0.8 = 100kVA
有効電力はまだ 80 kW にすぎませんが、負荷はすでに UPS の 100 kVA 制限に達しています。
したがって、PF 1.0 定格は、UPS が同等の定格 kW および kVA 容量を持つことができることを意味します。
負荷力率を無視できるというわけではありません。
進み力率と遅れ力率も重要
負荷力率 0.8 がすべてではありません。
それは次のようなものかもしれません:
- 0.8 遅れ
- 0.8 先行
これらは、インバータのさまざまな動作条件を表します。
サーバー、スイッチモード電源、VFD、モーター、その他の産業用負荷は、すべて同じように動作するわけではありません。
そのため、優れた中容量または大容量の UPS データシートには、次のような内容が含まれることがよくあります。
出力PF = 1.0
以下を指定することもできます。
負荷力率範囲
また、さまざまな進み力率と遅れ力率でどのくらいの kW または kVA が利用できるかを示す出力軽減曲線を提供する場合もあります。
従来の IT 負荷の場合、これは大きな問題ではない可能性があります。
次のような機器の場合:
- VFD
- モーター
- CNCマシン
- 医用画像機器
- その他の動的または非線形荷重
負荷 PF 範囲、過負荷耐量、およびピーク電流要件もチェックする必要があります。
モーターおよび誘導アプリケーションについては、を参照してください。誘導負荷用UPSを選択する際の確認事項。
同じ原理が医療画像システムにも当てはまります。最近のプロジェクトでは、カメルーンのCTスキャナーに120 kVAの低周波UPSが使用されましたここでは、動的負荷動作と過渡需要が銘板の kVA 定格と同じくらい重要です。
15% のバッテリ充電電力を UPS 出力に単純に追加しないでください。
一般的なサイズ変更のショートカットは次のようになります。
80kW負荷
+ 15% バッテリー充電
+ 20% の予備容量
= 120 kVA UPS を選択してください
計算は簡単ですが、UPS の入力側と出力側が混在します。
バッテリの充電により、主に入力側の電力要件が増加します。
充電器の容量もモデルによって大きく異なる場合があります。
2 つの 100 kVA UPS システムは、特に 1 つが長時間稼働の外部バッテリ バンク用に設計されている場合、充電電流が大きく異なる場合があります。
サイズを決めるとき:
- UPS入力ケーブル
- 入力ブレーカー
- 上流変圧器
- ディーゼル発電機
メーカーを確認してください:
最大入力電流
そして：
最大充電電流
これらの数値は、バッテリ充電が常に UPS 容量の 10%、15%、または 20% であると仮定するよりも有益です。
ジェネレーターのサイジングでは 1 つの固定乗数を使用しないでください
もう 1 つの一般的なルールは次のとおりです。
発電機容量 = UPS容量 × 1.5
推奨が×2の場合もあります。
このマージンが妥当なシステム、特に入力力率が低く、電流歪みが大きい古い UPS 設計もあります。
しかし、それを普遍的なルールとして扱うべきではありません。
IGBT またはアクティブ PFC を使用する最新の UPS 整流器は、発電機に非常に異なる負荷をかける可能性があります。
ジェネレーターのサイジングでは、以下を考慮する必要があります。
- UPSの最大入力電流
- 入力力率
- 入力THDi
- バッテリーの充電電力
- 整流器のソフトスタートまたはウォークイン時間
- ジェネレーターのAVR応答
- 知事の答弁
- 同じ発電機に接続されている他の負荷
発電機が空調、ポンプ、照明、その他の機器にも供給している場合は、それらの負荷も含める必要があります。
重要なシステムの場合、発電機のサイジングは電力アーキテクチャ全体の一部にすぎません。冗長性も同様に重要です。私たちの記事N+1 対 2N UPS 冗長性そのトピックについては別途説明します。
発電機を利用したプロジェクトの場合、理想的には、固定乗数ではなく実際のモデルを使用して、UPS と発電機を一緒にチェックする必要があります。
UPS の技術仕様には何を含めるべきですか?
中容量または大容量の UPS の場合は、以下のみを指定します。
100kVAオンラインUPS
十分ではありません。
少なくとも次のことを確認してください。
| パラメータ | 何を確認するか |
|---|---|
| 定格皮相電力 | 定格kVA |
| 定格有効電力 | 定格kW |
| 定格出力力率 | 定格kW/kVAの関係 |
| 負荷力率範囲 | 進み動作範囲と遅れ動作範囲 |
| 出力ディレーティング | 特定の負荷PF値で出力が低下するかどうか |
| 入力力率 | 入力側電力特性 |
| 入力THDi | 入力電流歪み |
| 最大入力電流 | ケーブルとブレーカーのサイズ |
| 最大充電電流 | バッテリーの充電とアップストリーム容量 |
| 過負荷機能 | 過負荷の割合と期間 |
| クレストファクター | 非線形負荷に対する能力 |
異常な負荷や非常に動的な負荷の場合は、メーカーの出力軽減曲線と負荷力率を問い合わせることも価値があります。
これは、UPS が「あらゆる負荷に対応できる」と言われるよりもはるかに便利です。
よくある質問
100 kVA UPS は常に 100 kW を供給できますか?
いいえ、定格有効電力を確認してください。 100 kVA UPS の定格は、モデルに応じて 80 kW、90 kW、または 100 kW です。
UPS の出力 PF 1.0 は何を意味しますか?
これは通常、UPS が等しい定格 kVA と kW 容量を持つことができることを意味します。たとえば、100kVA/100kW。接続された負荷の kW、kVA、力率を確認する必要があります。
入力PFと出力PFの違いは何ですか?
入力力率は、UPS が上流電源からどのように電力を引き出すかを表します。定格出力力率は、UPS の定格 kW と定格 kVA の関係を表します。これらは異なるパラメータです。
負荷 kW は UPS のサイズを決定するのに十分ですか?
いいえ。負荷 kVA、負荷力率、過負荷要件、将来の拡張もチェックする必要があります。
最後にもう 1 点
次に 100 kVA の UPS を見たとしても、それが 100 kW を供給できるとは思わないでください。
データシートの次の行を確認してください。
それは:
80kW？
90kW？
または：
100kW？
次に、それらの定格を実際の負荷 kW および kVA と比較します。
アプリケーションにモーター、VFD、医療機器、またはその他の動的負荷が含まれる場合は、許容される負荷力率範囲と過負荷耐量も確認してください。
UPS のサイズ設定エラーの多くは、間違った計算式によって引き起こされるわけではありません。
誰かが見たから始まる100kVAそしてそこで立ち止まりました。
この記事は、UPS のサイジングとフィールド アプリケーションに関する TAFENG の経験に基づいています。最終的なシステム設計は、選択した UPS モデルの技術データと特定のプロジェクトの要件に照らしてチェックする必要があります。
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機器の負荷、力率、必要なバックアップ時間をお送りください。 UPS の容量とバッテリー構成の見直しをお手伝いします。
